具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種硅酸鹽系無機涂料的制備方法，包括如下步驟：液體硅酸鹽的氟化階段；樹脂的形成階段；耐水性加強階段；涂料化階段；熟成化階段；產品化階段。本發明制備的硅酸鹽系無機涂料具有自潔功能，還有超耐候性。
【專利說明】具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法。
【背景技術】
[0002] -般的涂料是在物體表面涂上一層薄的流動性物質，隨著時間干燥，硬化，不僅可 保護物體表面，還有美觀的功能。
[0003] 現在常用的建筑外部裝修材料使用的是丙烯酸系和聚氨酯系的外墻涂料，在紫外 線、潮濕、酸雨等條件下涂膜表面容易發生腐蝕白化現象。雖然涂膜具有很好的耐污染性， 污染的涂膜可以通過自然界雨水清洗具有一定自潔效果，但是涂膜的耐久性和耐候性能 低，需要人工進行持續的維修或者隔幾年重新涂刷，持續投入的勞動力人工和維修費用是 一大問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種硅酸鹽系無機涂料的制備方法，其制備的硅酸鹽系無 機涂料具有自潔功能，還有超耐候性。
[0005] 為實現上述目的，本發明的技術方案是設計一種具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽 系無機涂料的制備方法，包括如下步驟：
[0006] 將25?50重量份液態硅酸鹽中加入5?10重量份去離子水中，充分攪拌后，緩 慢加入1?5重量份氟硅烷，以200?600rpm攪拌10分鐘以上，直至完全水解，此為液體 硅酸鹽的氟化階段；
[0007] 將上述氟化階段反應液的攪拌速度提升為1500?2000rpm，緩慢添加10?25重 量份50?200nm膠狀顆粒的氟樹脂分散劑或氟硅樹脂分散劑，攪拌至粘度穩定為止，此 為樹脂的形成階段；上述樹脂形成階段中，在粘度形成穩定過程中，在粉塵調控裝置運行 的同時，在液體中加入3?7重量份作為固化劑的氧化鋅和3?10重量份輔助固化劑， 以1000?2000rpm攪拌研磨30分鐘以上，顆粒大小為30微米以下后，調整速度至300? 600rpm，再加入4?8重量份1，3, 5-三甲基-1，3, 5 (三氯代丙烷基）環三硅醚攪拌30分 鐘以上，得到耐水性樹脂，此為耐水性加強階段；
[0008] 在粉塵調控裝置運行的同時，在經過上述耐水性加強階段獲得的耐水性樹脂中加 入2?10重量份顏料、5. 5?10重量份機能性填料、0. 5?2重量份液態濕潤劑，1000? 2000rpm攪拌研磨30分鐘以上，得到混合液體，此為涂料化階段；
[0009] 攪拌混合液體，粘度達到穩定為止，使其中的1，3,5-三甲基-1，3,5 (三氯代丙烷 基）環三硅醚和液態硅酸鹽盡可能反應，此為使其穩定的熟成化階段；
[0010] 經過上述熟成階段，再在混合液體中加入適量去離子水，調節粘度，形成具有自凈 功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料，此為產品化階段。
[0011] 優選的，所述液態硅酸鹽為液態硅酸鈉、液態硅酸鉀或液態硅酸鋰。
[0012] 優選的，所述液態硅酸鈉中Si02/Na20的摩爾比為2. 8?3. 4 : 1 ;液態硅酸鉀中 5102/1(20的摩爾比為3.2?3.6:1;液態硅酸鋰中3102/1^20的摩爾比為5.1?8.0:1。
[0013] 優選的，所述氟硅烷為（3, 3, 3-三氟代丙烷基）甲基二氯硅烷、（3, 3, 3-三氟代丙 烷基）甲基二甲氧基硅烷、（3,3,3_三氟代丙烷基）甲基二乙氧基硅烷、（3,3,3_三氟代丙 燒基）二甲氧基娃燒或（3, 3, 3_二氣代丙燒基）二乙氧基娃燒。
[0014] 優選的，所述氟樹脂分散劑為聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯或乙烯-四氟乙烯共聚 物。
[0015] 優選的，所述輔助固化劑為天然凝灰巖、硅藻土、火山灰、偏高嶺土、粉煤灰或硅 灰。
[0016] 優選的，所述顏料為氧化鈦、氧化鐵、天青石、鉻氧化物、赭石、棕土或碳黑。
[0017] 優選的，所述機能性填料主要由珍珠鈣、納米銀、活性二氧化硅、活性炭、硅酸鹽、 鋁硅酸鹽氧化物、氧化鋁和黃土組成。
[0018] 優選的，所述液態潤濕劑由液態消泡劑和液態分散劑組成。
[0019] 液態娃酸鹽若不足25重量份，會降低施工性，若超過50重量份，硬化后耐水性低 下，25?50重量份最為恰當。
[0020] 摩爾比高的液態硅酸鹽初期持續干燥（用手碰上去不會沾手的干燥程度）時間 縮短，從有少量水蒸發的低粘度狀態可以轉化為固態，摩爾比低的液態硅酸鹽具有強堿性， 和水有親和性，水分慢慢的蒸發，為了達到固化狀態必須高溫加熱，或者出現太高粘度的話 會與其他物質難以結合，缺乏彈性，難以適用。相反，硅酸鉀的摩爾比太高的情況下，粘度極 低，會發生難以使用的問題。
[0021] 液體硅酸鹽的氟化階段中使用的氟硅烷達成水解，達成水解的氟硅烷與氟樹脂分 散劑或硅樹脂分散劑反應，最終硅酸鹽無機粘合劑硬化后，因表面硬度增加，具有優秀的防 水效果，以無機粘合劑制作的涂料，顏料容易混合。
[0022] 氟硅烷的含量未滿1重量份的情況下，構成物間反應性降低，5重量份以上的情況 會使產品的經濟性降低。
[0023] 氟樹脂分散劑或氟硅樹脂分散劑為50?200nm的膠狀粒子比較適合，隨著溶液產 生相分離的現象，形成納米凸起，使用10?25重量份的氟樹脂分散劑或氟硅樹脂分散劑比 較恰當。氟樹脂分散劑或氟硅樹脂分散不足10重量份的話，自凈功能下降；超過25重量份 的話，涂料硬化之后硬度下降。
[0024] 作為固化劑（硬化劑）的氧化鋅3?7重量份的使用，與硅酸鹽易親和，提高涂膜 的硬度，特別是吸收了大氣中的二氧化碳，使涂膜快速干燥，可幫助完全去除水分。鋅離子 作用于鋼鐵等金屬表面，形成鋅皮膜，提高了被造物的防腐、防銹及全面耐水性。氧化鋅不 足3重量份的話耐水性下降，超過7重量份的話粘度過高，難以攪拌。
[0025] 加入3?10重量份輔助固化劑（硬化劑），使用了天然凝灰巖、硅藻土、火山灰、偏 高嶺土、粉煤灰或硅灰，改善皮膜的耐久性、耐鹽水性、耐化學性，釋放陰離子，賦予其抗菌 性和抗細菌性功能。
[0026] 1，3，5-三甲基-1，3，5 (三氯代丙烷基）環三硅醚提高了氟樹脂或氟硅分散劑和液 態硅酸鹽間的反應性，解決液態硅酸鹽脆弱的耐水性缺陷問題，同時表面硬度即涂膜的彈 性提高，使用4?8重量份比較恰當。1，3, 5-三甲基-1，3, 5 (三氯代丙烷基）環三硅醚不 足4重量份的話反應性下降，超過8重量份的話粘度急速上升，難以攪拌。
[0027] 機能性填料賦予其抗菌性、除臭性、難燃性、釋放負離子等的功能。
[0028] 加入0. 5?2重量份的液態潤濕劑最為適合，若液態潤濕劑不足0. 5重量份，分散 性下降，產生氣泡；若超過2重量份，致密度下降。
[0029] 本發明是具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制作方法，硬化反應后以 數百納米的超疏水性納米凸起形成的粗糙度，親油性污染物質難以附著，表面附著的污染 物質不附著于涂膜上，下雨時可以自然清潔洗凈，具有長期耐久性和美觀性優點。
[0030] 一般的物體表面被水珠浸濕與否，要取決于兩物質的化學性質，水和物體接觸界 面能量大，相互接觸的面積就小。浸濕減少時接觸面能量小，接觸面積變大，表面看上去是 浸濕的。物表面非常濕，表明與水親近，就叫做親水性，與之反義就是疏水性。這類性質特 別表現于和水珠表面接觸的各種涂料。水和表面接觸角度小于90度時，水廣泛伸展，屬于 親水性，大于90度時水形成水珠，屬于疏水性。
[0031] 一般涂料的情況是接觸角大概70度時，水或灰塵強烈的附著在表面。具有納米凸 起的表面接觸角140度以上，水珠流動滾落，連同墻壁上粘著的灰塵一起滾落，干凈的如同 第一次涂膜后的表面。
[0032] 納米規模的超疏水性的氟樹脂形成了納米凸起，作用于以液態硅酸鈉、液態硅酸 鉀、液態硅酸鋰為主構成物的涂料，現有常用建筑用裝修材料的硬化過程會產生龜裂，隨著 濕氣變化表面污染等問題能得到改善。因為使用水性樹脂，不會產生對人體有害的揮發性 有機化合物，有益人類的居住環境，當然在硬化之后形成的膜層可以確保優越的耐久性。無 機質系會產生靜電，防止細微粉塵，具有優越的防污染效果和容易施工的優點。
[0033] 本發明使用了具有自潔功能、增強許多特性的無機樹脂，制成的最終涂料在各種 裝飾材料上擁有良好的涂裝性，全面確保優秀的物理、化學特性，在家裝、建筑物、土木、海 洋、造船等領域具有廣泛的用途，產業上利用價值巨大。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更 加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0035] 本發明具體實施的技術方案是：
[0036] -種具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法，包括如下步驟：
[0037] 將25?50重量份液態硅酸鹽中加入5?10重量份去離子水中，充分攪拌后，緩 慢加入1?5重量份氟硅烷，以200?600rpm攪拌10分鐘以上，直至完全水解，此為液體 硅酸鹽的氟化階段；
[0038] 將上述氟化階段反應液的攪拌速度提升為1500?2000rpm，緩慢添加10?25重 量份50?200nm膠狀顆粒的氟樹脂分散劑或氟硅樹脂分散劑，攪拌至粘度穩定為止，此 為樹脂的形成階段；上述樹脂形成階段中，在粘度形成穩定過程中，在粉塵調控裝置運行 的同時，在液體中加入3?7重量份作為固化劑的氧化鋅和3?10重量份輔助固化劑， 以1000?2000rpm攪拌研磨30分鐘以上，顆粒大小為30微米以下后，調整速度至300? 600rpm，再加入4?8重量份1，3, 5-三甲基-1，3, 5 (三氯代丙烷基）環三硅醚攪拌30分 鐘以上，得到耐水性樹脂，此為耐水性加強階段；
[0039] 在粉塵調控裝置運行的同時，在經過上述耐水性加強階段獲得的耐水性樹脂中加 入2?10重量份顏料、5. 5?10重量份機能性填料、0. 5?2重量份液態濕潤劑，1000? 2000rpm攪拌研磨30分鐘以上，得到混合液體，此為涂料化階段；
[0040] 攪拌混合液體，粘度達到穩定為止，使其中的1，3, 5-三甲基-1，3, 5 (三氯代丙烷 基）環三硅醚和液態硅酸鹽盡可能反應，此為使其穩定的熟成化階段；
[0041] 經過上述熟成階段，再在混合液體中加入適量去離子水，調節粘度，形成具有自凈 功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料，此為產品化階段。
[0042] 所述液態硅酸鹽為液態硅酸鈉、液態硅酸鉀或液態硅酸鋰。
[0043] 所述液態硅酸鈉中Si02/Na20的摩爾比為2. 8?3. 4 : 1 ;液態硅酸鉀中Si02/ K20的摩爾比為3. 2?3. 6 : 1;液態硅酸鋰中Si02/Li20的摩爾比為5. 1?8. 0 : 1。
[0044] 所述氟硅烷為（3, 3, 3-三氟代丙烷基）甲基二氯硅烷、（3, 3, 3-三氟代丙烷基）甲 基二甲氧基娃燒、（3, 3, 3_二氣代丙燒基）甲基二乙氧基娃燒、（3, 3, 3_二氣代丙燒基）二 甲氧基娃燒或（3, 3, 3_二氣代丙燒基）二乙氧基娃燒。
[0045] 所述氟樹脂分散劑為聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。
[0046] 所述輔助固化劑為天然凝灰巖、硅藻土、火山灰、偏高嶺土、粉煤灰或硅灰。
[0047] 所述顏料為氧化鈦、氧化鐵、天青石、鉻氧化物、赭石、棕土或碳黑。
[0048] 所述機能性填料主要由珍珠鈣、納米銀、活性二氧化硅、活性炭、硅酸鹽、鋁硅酸鹽 氧化物、氧化鋁和黃土組成。
[0049] 所述液態潤濕劑由液態消泡劑和液態分散劑組成。
[0050] 更具體的實施例如表1所述。
[0051] 表1具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的原料組成
[0052]
【權利要求】
1. 具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法，其特征在于，包括如下步 驟： 將25?50重量份液態硅酸鹽中加入5?10重量份去離子水中，充分攪拌后，緩慢加 入1?5重量份氟硅烷，以200?600rpm攪拌10分鐘以上，直至完全水解； 將攪拌速度提升為1500?2000rpm，緩慢添加10?25重量份50?200nm膠狀顆粒 的氟樹脂分散劑或氟硅樹脂分散劑，攪拌至粘度穩定為止；在粘度形成穩定過程中，在粉 塵調控裝置運行的同時，在液體中加入3?7重量份氧化鋅和3?10重量份輔助固化劑， 以1000?2000rpm攪拌研磨30分鐘以上，顆粒大小為30微米以下后，調整速度至300? 600rpm，再加入4?8重量份1，3, 5-三甲基-1，3, 5 (三氯代丙烷基）環三硅醚攪拌30分 鐘以上，得到耐水性樹脂； 在粉塵調控裝置運行的同時，在耐水性樹脂中加入2?10重量份顏料、5. 5?10重量 份機能性填料、〇. 5?2重量份液態濕潤劑，1000?2000rpm攪拌研磨30分鐘以上，得到混 合液體； 攪拌混合液體，粘度達到穩定為止； 再在混合液體中加入適量去離子水，調節粘度，形成具有自凈功能的超耐候性硅酸鹽 系無機涂料。
2. 根據權利要求1所述的具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法，其 特征在于，所述液態硅酸鹽為液態硅酸鈉、液態硅酸鉀或液態硅酸鋰。
3. 根據權利要求2所述的具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法，其 特征在于，所述液態硅酸鈉中Si02/Na20的摩爾比為2. 8?3. 4 : 1 ;液態硅酸鉀中Si02/ K20的摩爾比為3. 2?3. 6 : 1;液態硅酸鋰中Si02/Li20的摩爾比為5. 1?8. 0 : 1。
4. 根據權利要求1、2或3所述的具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方 法，其特征在于，所述氟硅烷為（3, 3, 3-三氟代丙烷基）甲基二氯硅烷、（3, 3, 3-三氟代丙 烷基）甲基二甲氧基硅烷、（3,3,3_三氟代丙烷基）甲基二乙氧基硅烷、（3,3,3_三氟代丙 燒基）二甲氧基娃燒或（3, 3, 3_二氣代丙燒基）二乙氧基娃燒。
5. 根據權利要求4所述的具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法，其 特征在于，所述氟樹脂分散劑為聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物。
6. 根據權利要求5所述的具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法，其 特征在于，所述輔助固化劑為天然凝灰巖、硅藻土、火山灰、偏高嶺土、粉煤灰或硅灰。
7. 根據權利要求6所述的具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法，其 特征在于，所述顏料為氧化鈦、氧化鐵、天青石、鉻氧化物、赭石、棕土或碳黑。
8. 根據權利要求7所述的具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法，其 特征在于，所述機能性填料主要由珍珠鈣、納米銀、活性二氧化硅、活性炭、硅酸鹽、鋁硅酸 鹽氧化物、氧化鋁和黃土組成。
9. 根據權利要求8所述的具有自潔功能的超耐候性硅酸鹽系無機涂料的制備方法，其 特征在于，所述液態潤濕劑由液態消泡劑和液態分散劑組成。
【文檔編號】C09D1/04GK104448965SQ201410833759
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月24日 優先權日:2014年12月24日
【發明者】申澈浩 申請人:蘇州綠科環保新材料有限公司